DE19530192C2 - Heat transfer device for an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents

Heat transfer device for an internal combustion engine of a motor vehicle

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Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a heat transfer device for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the Art defined in the preamble of claim 1.

Eine Wärmeübertragungsvorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 5 181 554 bekannt. Anstelle eines bekannten Gebläses bzw. Ventilators zur Kühlung soll bei dieser vorbekannten Wärmeübertragungsvorrichtung ein Luftrohr mit mehreren Düsen verwendet werden. Entsprechend den Ausführungsbei­ spielen ist das Luftrohr jeweils entweder vor oder hinter dem Kühler angeordnet und ist saugend oder blasend tätig.A heat transfer device of this type is known from the U.S. Patent 5,181,554 is known. Instead of a well-known blower or fans for cooling should be known in this Heat transfer device an air tube with several Nozzles are used. According to the execution example play is the air tube either in front or behind arranged the cooler and is sucking or blowing.

Nachteilig bei dieser vorbekannten Wärmeübertraguns­ vorrichtung ist jedoch, daß deren Wirksamkeit beschränkt ist bzw. daß lediglich ein bekanntes Gebläse bzw. ein Kühlerlüfter durch ein Luftrohr ersetzt werden soll.A disadvantage of this known heat transfer However, the device is limited in its effectiveness is or that only a known fan or a Radiator fan to be replaced by an air pipe.

Des weiteren ist aus der US-PS 2 185 964 ein Wärmetauscher für Lokomotiven bekannt, welcher einen als Kühlerblock mit Kühlmittelrohren und Kühlrippen ausge­ bildeter Kondensator darstellt, dem Kühlluft über ein Gebläse zugeführt wird. Zur Verbesserung sind parallel zu und zwischen den Kühlmittelrohren Sprührohre für ein verdampfendes Fluid angeordnet, die mit Öffnungen versehen sind, welche gegen die Kühlmittelrohre ge­ richtet sind.Furthermore, a heat exchanger is known from US Pat. No. 2,185,964 known for locomotives, which one with a radiator block Coolant pipes and cooling fins out  formed condenser, the cooling air over a Fan is fed. To improve are parallel to and between the coolant pipes an evaporating fluid is arranged with openings are provided, which ge against the coolant tubes are aimed.

Dieser bekannte Wärmetauscher erweist sich aufgrund der erforderlichen Bereitstellung und Rückführung von Kühlflüssigkeit als unpraktikabel bei Kraftfahrzeugen. Darüber hinaus sind mit einem derartigen Wärmetauscher eine befriedigende Energiebilanz und der bei Kraft­ fahrzeugen erforderliche Austauschgrad nicht erziel­ bar.This well-known heat exchanger proves to be the necessary provision and return of Coolant as impractical in motor vehicles. In addition, with such a heat exchanger a satisfactory energy balance and that of strength vehicles did not achieve the required degree of exchange bar.

Die Wärmeübertragungsfähigkeit einer Wärmeübertra­ gungsvorrichtung wird im wesentlichen durch den kühl­ mittel- und kühlluftseitigen Sättigungsgrad bestimmt. Die von einem Kühlerlüfter erzeugte Kühlluftmassen­ stromdichte und die statische Druckerhöhung bestimmen wesentlich den für die Leistung definierten Austausch­ grad. Für einen Transfer großer Wärmeströme ist zwangsweise auch eine Vergrößerung der kühlluftseiti­ gen Flächen erforderlich. Dabei nimmt jedoch die Mas­ senstromdichte, respektive die Kühlluftgeschwindig­ keit, im System durch eine direkte Abhängigkeit ab.The heat transfer ability of a heat transfer The delivery device is essentially cool medium and cooling air saturation level determined. The masses of cooling air generated by a radiator fan Determine current density and the static pressure increase essentially the exchange defined for the performance degrees. For a transfer of large heat flows is inevitably an increase in the cooling air side areas required. However, the mas current density, respectively the cooling air speed in the system through a direct dependency.

Darüber hinaus ist im allgemeinen eine Erhöhung der spezifischen Leistungsdichte durch eine Anhebung des zur Wärmeübertragung heranzuziehenden Systemvolumens, nämlich direkte und indirekte Kühlflächen und eine Sy­ stemtiefe, nur in engen Grenzen möglich.In addition, there is generally an increase in specific power density by increasing the system volume to be used for heat transfer, namely direct and indirect cooling surfaces and a sy depth of stem, only possible within narrow limits.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, bei einer gattungsgemäßen Wärmeübertragungs­ vorrichtung einen hohen Wirkungsgrad und eine gezielte Ausnutzung der zugeführten Kühlluft zu erreichen.The present invention therefore has the object  reasons, with a generic heat transfer device high efficiency and targeted To achieve utilization of the supplied cooling air.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungs­ gemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this task is generic appropriate heat transfer device by the in the kenn Drawing part of claim 1 resolved features.

Dadurch, daß die Kühlluftrohre in den Kühlerblock selbst und zwischen die einzelnen Kühlmittelrohre integriert sind, kann über entsprechend gestaltete Bohrungen, Schlitze oder dergleichen direkt Luft unter Druck auf die Kühlmittelrohre gebracht werden.The fact that the cooling air pipes in the radiator block itself and are integrated between the individual coolant pipes, can have appropriately designed bores, slots or The like directly air under pressure on the coolant pipes to be brought.

Da die Kühlluftrohre an ihren von der Kühlluft­ zuführungsseite abgewandten Enden geschlossen oder wenig­ stens weitgehend geschlossen sind, wird eine optimale Ausnutzung in der zugeführten Luft mit einem entsprechenden Überdruck erreicht.Because the cooling air pipes on their from the cooling air Closed or little ends facing away from the feed side are largely closed, will be an optimal one Utilization in the supplied air with an appropriate Overpressure reached.

Durch die Anordnung der Kühlluftrohre und die gezielte Luftführung über die Bohrungen in Richtung auf die Kühlmittelrohre kann zusammen mit der zusätzlich zugeführten Luft, welche vorzugsweise Fahrtwind ist, ein Pralleffekt erreicht werden, der eine deutliche Erhöhung der örtlichen Wärmeübergangsverteilung ergibt.Due to the arrangement of the cooling air pipes and the targeted Air flow through the holes towards the Coolant pipes can be used in addition to the supplied air, which is preferably airstream Impact effect can be achieved, which is a significant increase the local heat transfer distribution.

Aus den Bohrungen oder Schlitzen kann die Kühlluft strahlförmig auf die Kühlmittelrohre gerichtet werden. Durch entsprechend definierte Loch- bzw. Bohrungsbilder lassen sich definierte Prallflächen auf den benachbart liegenden Kühlmittelrohren erzeugen.The cooling air can escape from the holes or slots  be directed in a jet onto the coolant pipes. Through appropriately defined hole or hole patterns defined baffle areas on the neighboring generate lying coolant pipes.

Durch die Vermischung mit der zusätzlich zugeführten Luft wird die gesamte Kühlluft mit einem daraus resultierenden Strömungswinkel abgelenkt, wobei auch die stromabliegenden Kühlluftstrahlen umgelenkt und auf diese Weise die Kühlwirkung durch eine partielle Erhöhung des Kühlluft- Geschwindigkeitsprofiles und einer Erzeugung von Turbulenz­ effekten positiv beinflußt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Erhöhung der Turbulenzen an Primär- oder/und Sekundär-Kühlflächen.By mixing with the additionally supplied air the entire cooling air with a resulting Flow angle deflected, including the downstream Redirected cooling air jets and in this way the Cooling effect through a partial increase in the cooling air Velocity profiles and generation of turbulence effects are positively influenced. This way there is an increase in the turbulence at primary or / and Secondary cooling surfaces.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of Invention result from the subclaims.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungs­ beispiel beschrieben.An execution is based on the drawings example described.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertragungs­ vorrichtung. Fig. 1 is a perspective view of the heat transfer device.

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Wärmeübertraguns­ vorrichtung. Fig. 2 shows a schematic diagram of the heat transfer device.

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Wärmeübertragungs­ vorrichtung in Prinzipdarstellung. Fig. 3 is a plan view of the heat transfer device in principle.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung ist grundsätzlich von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur die für die Erfindung wesentlichen Teile näher beschrieben werden. The heat transfer device is basically from known design, which is why only those for the following Invention essential parts are described in more detail.  

Die Wärmeübertragungsvorrichtung ist mit einem Kühl­ mittel/Luftkühler versehen, der einen Kühlerblock 1 aufweist, durch den eine Vielzahl von hintereinander und nebeneinander angeordneten Kühlmittelrohre 2 geführt ist. Die Versorgung der Kühlmittelrohre 2 mit dem zu kühlenden Medium, im allgemeinen Wasser, erfolgt von einem Sammel­ kasten 3. Über einen nicht dargestellten weiteren Sammel­ kasten erfolgt die Rückleitung des zu kühlenden Mediums.The heat transfer device is provided with a coolant / air cooler which has a cooler block 1 through which a plurality of coolant tubes 2 arranged one behind the other and next to one another is guided. The supply of the coolant tubes 2 with the medium to be cooled, generally water, is from a collecting box 3rd The medium to be cooled is returned via a further collection box, not shown.

Der Kühlerblock ist weiterhin mit einer Vielzahl von Kühlrippen 4 versehen, die die Kühlmittelrohre 2 umgeben. Die Kühlrippen 4 können gewellt oder auch plan ausgebildet sein, wobei in der Fig. 2 zur Vereinfachung beide Möglichkeiten dargestellt sind. Grundsätzlich kommt es auf die Form der Kühlrippen 4 selbst nicht an.The radiator block is also provided with a multiplicity of cooling fins 4 which surround the coolant tubes 2 . The cooling fins 4 can be corrugated or even flat, both options being shown in FIG. 2 for simplification. Basically, the shape of the cooling fins 4 itself is not important.

Zusätzlich zu den den Kühlerblock 1 durchsetzenden Kühlmittelrohren 2 sind noch mehrere Kühlluftrohre 5 vorhanden, die ebenfalls den Kühlerblock 1 durchsetzen.In addition to the coolant pipes 2 passing through the cooler block 1, there are also a plurality of cooling air pipes 5 which also pass through the cooler block 1 .

Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich ist, befinden sich die Kühlluftrohre 5 zwischen den Kühlmittelrohren 2 und verlaufen parallel zu diesen.As can be seen in particular from FIG. 3, the cooling air pipes 5 are located between the coolant pipes 2 and run parallel to them.

Die Strömungsrichtung in den Kühlluftrohren 5 ist dabei beliebig und richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Wie in der Fig. 1 angegeben, findet die Durchströmung der Kühlluftrohre 5 von einer gemeinsamen Zuleitung 6 aus von unten nach oben statt, während die Strömungsrichtung gemäß Darstellung von Fig. 2 von oben nach unten von einer entsprechend anders angeordneten gemeinsamen Zuleitung 6 aus erfolgt. Aus der Fig. 2 ist weiterhin auch ersichtlich, daß die Kühlluftrohre 5 auf der von der Kühlluftzuführungsseite bzw. der Zuleitung 6 abgewandten Seite aus durch Deckel 7 oder andere Verschlußglieder geschlossen sind.The direction of flow in the cooling air tubes 5 is arbitrary and depends on the local conditions. As indicated in FIG. 1, the flow through the cooling air tubes 5 takes place from a common supply line 6 from bottom to top, while the flow direction from top to bottom takes place from a correspondingly differently arranged common supply line 6 as shown in FIG. 2. From Fig. 2 it can also be seen that the cooling air tubes 5 on the side facing away from the cooling air supply side or the supply line 6 are closed by a cover 7 or other closure members.

Die Kühlluftrohre 5 sind mit einer Vielzahl von Öffnungen 8 versehen, die gegen die Oberflächen der Kühlmittelrohre 2 gerichtet sind. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, strömt Kühlluft unter Druck aus den Kühlluftrohren 5 in Pfeilrichtung aus und trifft dabei auf die Kühlmittelrohre 2. Auf diese Weise wird auch Kühlluft, die aufgrund des Fahrtwindes oder aufgrund eines nicht dargestellten Ventilators aus der Richtung 9 der Pfeile in den Kühlerblock 1 eintritt, entsprechend mit der zusätzlich zugeführten Kühlluft aus den Kühlluftrohren 5 gemischt.The cooling air pipes 5 are provided with a multiplicity of openings 8 which are directed against the surfaces of the coolant pipes 2 . As can be seen from FIG. 3, cooling air flows out of the cooling air pipes 5 under pressure in the direction of the arrow and thereby hits the coolant pipes 2 . In this way, cooling air, which enters the cooler block 1 from the direction 9 of the arrows due to the airstream or a fan (not shown ) , is correspondingly mixed with the additionally supplied cooling air from the cooling air pipes 5 .

Über die gemeinsame Zuleitung 6 sind die Kühlluftrohre 5 mit einem Gebläse 10 zur Erzeugung eines entsprechenden Druckes in den Kühlluftrohren 5 verbunden. Um eine zusätzliche Kühlwirkung zu erreichen, kann in der Zuleitung 6 zu den Kühlluftrohren 5 noch eine Kühleinrichtung 11 angeordnet sein.Via the common supply line 6 , the cooling air tubes 5 are connected to a blower 10 for generating a corresponding pressure in the cooling air tubes 5 . In order to achieve an additional cooling effect, a cooling device 11 can also be arranged in the feed line 6 to the cooling air pipes 5 .

Anstelle eines eigenen Gebläses 10 kann auch verdichtete Luft aus einem Druckkreis des Fahrzeuges abgezweigt werden. Insbesondere bei Fahrzeugen mit einer pneumatischen Grundausstattung wird man deshalb bereits verdichtete Luft zur Betätigung von Sekundärfunktionen in separaten Regel­ kreisen für die Zuführung von Druckluft zu den Kühlluftrohren 5 verwenden. Instead of its own blower 10 , compressed air can also be branched off from a pressure circuit of the vehicle. Especially in vehicles with basic pneumatic equipment, therefore, compressed air for the actuation of secondary functions will be used in separate control circuits for the supply of compressed air to the cooling air pipes 5 .

Die Anordnung und Ausgestaltung der Kühlmittelrohre und deren Querschnitt (rund, oval oder ähnlich) ist beliebig.The arrangement and design of the coolant pipes and whose cross-section is (round, oval or similar) any.

Claims (6)

1. Wärmeübertragungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kühlmittel/Luftkühler, der einen Kühlerblock, welcher mit Kühlmittelrohren, die von Kühlrippen umgeben sind, versehen ist, und Kühlluftrohre aufweist, die Kühlluft unter Druck zu den Kühlmittelrohren führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftrohre (5) in dem Kühlerblock (1) parallel zu und zwischen den Kühlmittelrohren (2) angeordnet sind und an ihren von der Kühlluftzuführungsseite abgewandten Enden geschlossen oder wenigstens weitgehend geschlossen sind, wobei eine Vielzahl von Öffnungen (8) über die Länge und den Umfang verteilt in den Kühlluftrohren (5) angeordnet ist, die gegen die Kühlmittelrohre (2) gerichtet sind, und deren Querschnittsflächen und Formen derart gewählt sind, daß die aus den Öffnungen (8) austretende Luft zusammen mit einer zusätzlichen, dem Kühlerblock (1) in einer senkrecht zu den Kühlmittelrohren (2) verlaufenden Richtung (9) zugeführten Luft an den Kühlmittelrohren (2) Pralleffekte ausübt.1. Heat transfer device for an internal combustion engine of a motor vehicle, having a coolant / air cooler, which has a radiator block, which is provided with coolant tubes, which are surrounded by cooling fins, and cooling air tubes, which lead cooling air under pressure to the coolant tubes, characterized in that the Cooling air pipes ( 5 ) are arranged in the cooler block ( 1 ) parallel to and between the coolant pipes ( 2 ) and are closed or at least largely closed at their ends facing away from the cooling air supply side, a plurality of openings ( 8 ) over the length and the circumference distributed in the cooling air pipes ( 5 ), which are directed against the coolant pipes ( 2 ), and whose cross-sectional areas and shapes are selected such that the air emerging from the openings ( 8 ) together with an additional, the radiator block ( 1 ) in one running perpendicular to the coolant pipes ( 2 ) Direction ( 9 ) supplied air exerts impact effects on the coolant pipes ( 2 ). 2. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich zugeführte Luft Fahrtluft dar­ stellt.2. Heat transfer device according to claim 1, characterized in that the additionally supplied air represents travel air  poses. 3. Wärmeübertragunsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich zugeführte Luft mittels eines Ventilators zugeführt wird.3. Heat transfer device according to claim 1, characterized in that the additionally supplied air by means of a fan is fed. 4. Wärmeübertragunsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftrohre (5) über eine gemeinsame Zuleitung (6) mit einem Gebläse (10) verbunden sind.4. Wärmeübertragunsvorrichtung according to claim 1, 2, or 3, characterized in that the cooling air ducts (5) are connected via a common supply line (6) with a fan (10). 5. Wärmeübertragunsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftrohre (5) über eine gemeinsame Zuleitung (6) mit einem Druckluftkreislauf des Verbrennungsmotors ver­ bunden sind.5. Heat transfer device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cooling air pipes ( 5 ) are connected via a common supply line ( 6 ) to a compressed air circuit of the internal combustion engine. 6. Wärmeübertragunsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (6) für die Kühlluftrohre (5) eine Kühl­ einrichtung (12) angeordnet ist.6. Heat transfer device according to claim 4 or 5, characterized in that a cooling device ( 12 ) is arranged in the feed line ( 6 ) for the cooling air pipes ( 5 ).
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US2185964A (en) * 1938-02-17 1940-01-02 Gen Electric Heat exchange apparatus
US5181554A (en) * 1990-02-28 1993-01-26 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd. Radiator cooling apparatus for an automobile engine

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